Das „Prof.-Brandes-Haus“ - Ingenieurbüro für Bautechnik Kraus +

Festschrift zum 60. Geburtstag von Wolfram Jäger
Das „Prof.-Brandes-Haus“ im Dresdner Zoo –
Umsetzung moderner Architektur als Mauerwerksbau
LIEDERT, SVEN; KRAUS, STEFAN; KRÜGER, THOMAS
Dr.-Ing. Sven Liedert, Dipl.-Ing. Stefan Kraus, Ingenieurbüro für Bautechnik Kraus + Liedert, Dresden
Dipl.-Ing. Thomas Krüger, HJW + Partner Bausachverständige + Ingenieure, Leipzig
1
Vorbemerkungen
Der Dresdner Zoo, eingebettet in den südwestlichen Teil
des „Großen Gartens“, wurde in den letzten Jahren schrittweise modernisiert. Dabei ist der zoologische Garten, basierend auf einem Konzept für seinen Um- und Ausbau aus
dem Jahr 1993, durch einige herausragende Neubauten
ergänzt worden. Neben der solitären Wirkung dieser Bauten
innerhalb der Gesamtanlage des Zoos, die auf ihrer Gestaltung und einer modernen architektonischen Formensprache
beruht, wurden dabei auch zeitgemäße funktionelle Ansprüche an eine artgerechte Tierhaltung sowie an eine möglichst
günstige Besucherführung verwirklicht.
Im Vordergrund stand dabei, den Zoobesuchern ein naturnahes Erlebnis der Tiere in thematisch gestalteten und dem
natürlichen Lebensraum nachempfundenen Anlagen zu
ermöglichen und ihnen so nachhaltige Eindrücke zu verschaffen sowie vertiefte Informationen zu vermitteln.
Die modernen Bauten im Dresdner Zoo spiegeln somit das
weitgespannte Aufgabenfeld dieser Einrichtung zwischen
der Förderung des Artenschutzes, der für die Besucher
attraktiven Präsentation der Zootiere und der Vermittlung
von Wissen über die Vielfalt und Einzigartigkeit der Natur
wieder.
Daneben sollen die Bauten den unterschiedlichen Ansprüchen der jungen und erwachsenen Zoobesucher genügen
und diesen eine anspruchsvolle und erholsame Freizeitgestaltung ermöglichen.
Nicht zuletzt soll auch die unmittelbare Anziehungskraft des
Dresdner Zoos auf seine Besucher und darüber hinaus die
touristische Attraktivität der sächsischen Landeshauptstadt
erhöht werden.
Im Zuge der Modernisierung des Zoos wurden, geleitet von
diesen Ansprüchen, bislang mehrere ansprechende Neubauten für Tierbehausungen mit dem Ziel errichtet, die geplante Gesamtkonzeption zu verwirklichen.
Zu nennen ist hierbei das großflächige „Afrikahaus“, eine
1999 eröffnete, mit tropischen Pflanzen und einer unter
Verwendung von Vollhölzern errichteten Besucherbrücke
ausgestattete Halle, welche die Gehegeanlagen für die
Elefanten und die Mandrills beherbergt. Es befindet sich
direkt neben dem Haupteingangsgebäude und stellte durch
den 2006 im Dresdner Zoo geborenen Elefantenbullen Tha-
bo-Umasei einen besonderen Anziehungspunkt für viele
Besucher dar.
Die im Jahr 2006 neu eröffnete Pinguinanlage ermöglicht
die Beobachtung von Humboldt-Pinguinen in eindrucksvoller
Weise ganz aus der Nähe und aus unterschiedlichen Perspektiven. Mit den in die Wasserbeckenwand eingelassenen
Sichtfenstern werden dem Zoobesucher ungewöhnliche
Einblicke in die Welt tauchender Pinguine gewährt.
Weitere attraktive Außengehege beherbergt die 2007 eröffnete Löwen- und Karakalanlage. Die Gehege wurden dem
natürlichen Lebensraum seiner Bewohner – dazu zählen
neben den Raubkatzenarten auch die Zebramangusten –
entsprechend savannenartig angelegt. Neben den Einblicken in die Anlage von einem 5 m hohen Besucherfelsen
aus wird auch die Beobachtung der Löwen aus unmittelbarer Nähe durch Fenster mit Sicherheitsverglasungen ermöglicht.
Mit der Einweihung der Giraffen- und Zebraanlage im Jahr
2008 nahm der Dresdner Zoo nach 24 Jahren Unterbrechung wieder die Giraffenhaltung auf. Das zur Anlage gehörende Gebäude besticht durch seine elementare, fließende
Form und die zurückhaltend feingliedrige Fassadengestaltung. Diese wird auch bei den Trennwänden der Außenanlage aufgenommen und steht in einem reizvollen Kontrast
zur auffälligen Fellzeichnung der Giraffen und Zebras.
In einem engen Kontext zueinander stehen die Umgestaltung des Eingangsbereiches des Dresdner Zoos mit der
Rekonstruktion und der Erweiterung des Haupteingangs
und die Gestaltung seines Vorplatzes als Übergangsbereich
zum umgebenden Stadtraum und mit der Anbindung an den
öffentlichen Personennahverkehr.
Die von den Dresdner Verkehrsbetrieben im Jahr 2009
errichteten Überdachungen der Straßenbahnhaltestelle am
Zoo nehmen gestalterisch dessen Thematik auf. Die trichterförmig ausgebildeten, mit transluzenten Membranen
bespannten Stahlkonstruktionen weisen durch ihre organisch anmutende und für Haltestellenüberdachungen außergewöhnliche Form gestalterisch Parallelen zu Formen in
der Natur auf (Bild 1). Darüber hinaus inszeniert die Gesamtanlage der Überdachungen durch ihre Beleuchtung
und eine akustische Untermalung mit Tierstimmen den
öffentlichen Verkehrsraum der Straßenbahnhaltestelle vor
dem Dresdner Zoo als Entree und Einstimmung für dessen
Besucher.
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Bild 1
Überdachungen der Haltestellen vor dem Haupteingang des Dresdner Zoos
Als derzeit jüngstes Zoogebäude, das einen weiteren thematischen Höhepunkt für die Besucher darstellt, ist das
2010 eröffnete „Prof.-Brandes-Haus“ zu nennen (Bilder 2
und 3). Es ist als Tropenhaus für Affen, Koalas und das
Krokodil Max konzipiert. Über dieses, im zentralen Bereich
des Zoos gelegene neue Gebäude, soll nachfolgend ausführlich berichtet werden.
Bild 3
Bild 2
„Prof.-Brandes-Haus“ mit Blick auf den seitlichen
Eingang in den mit Stahl-Glas-Konstruktionen
geschlossenen mittleren Gebäudeteil
„Prof.-Brandes-Hauses“ mit Teilansicht der Außenanlagen
Das „Prof.-Brandes-Haus“ nimmt, wie alle hier genannten
modernen Bauten innerhalb des Dresdner Zoos, in seiner
Umsetzung sowohl hinsichtlich der Gestaltung und Funktionalität als auch in der konstruktiven Durchbildung das
Spannungsfeld des Zoos zwischen Naturnähe sowie artgerechter Tierhaltung einerseits und eindrucksvoller Präsentation von Tieren mit attraktiven Höhepunkten für die Besucher andererseits auf.
Das spiegelt sich auch in den gewählten Konstruktionen für
das Gebäude und der dazugehörenden Außenanlage wieder. Zum einen wurde bei den Mauerwerkswänden und den
Holzkonstruktionen der Besucherstege und -plattformen auf
traditionelle Bauarten unter Verwendung naturnah erzeugter
Baustoffe zurückgegriffen. Zum anderen wurden mit den
großflächigen Flachdachbereichen aus Stahlbeton sowie
den Stahl-Glas-Konstruktionen der Fassade und der Überdachung des Mittelteils bei maßgebenden Konstruktionsteilen des Gebäudes Bauarten verwendet, die auf modernen
Baustoffen basieren sowie eine hochentwickelte Bautechnologie und Fertigung voraussetzen.
Aus dem Zusammenspiel dieser Bauarten, die dem Ent-
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wurfskonzept des Gebäudes folgen, ergaben sich verschiedene statisch-konstruktive und bautechnische Besonderheiten, auf die im Abschnitt 3 des Beitrages im Einzelnen eingegangen wird.
2
Konstruktion
Das „Prof.-Brandes-Haus“ mit einer Grundfläche von etwa
1800 m² gliedert sich in zwei separate, auf der Nord- und
Südseite gelegene Gebäudeteile in Massivbauweise und
einen von diesen beiden Gebäudeteilen, von Stahl-GlasFassaden auf der Ost- und Westseite sowie von einem
Stahl-Glas-Dach eingeschlossenen Raum. Die größten
Außenabmessungen des Gesamtgebäudes mit seinem
unregelmäßigen Grundriss betragen etwa 53,4 m in NordSüd-Richtung und 46,3 m in Ost-West-Richtung. Von Osten
bzw. Westen aus gesehen gleicht die Silhouette einem
flachen Gebäude mit leicht geneigtem Satteldach. In der
Firstlinie des Daches beträgt die Gebäudehöhe bis zu 7,8
m.
Die beiden massiven Gebäudeteile sind jeweils auf einer 30
cm dicken Stahlbetonfundamentplatte mit monolithisch
angeschlossenem, umlaufendem Streifenfundament gegründet. Unter den beiden Gründungsplatten wurde eine
lastabtragende Wärmedämmung mit ausreichender Druckfestigkeit und Steifigkeit angeordnet.
Außen- und Innenwände der massiven Gebäudeteile bestehen aus Hochlochziegelmauerwerk und sind zum Teil in der
Grundrissebene unregelmäßig gekrümmt (Bild 4).
Bild 4
Gesamtübersicht der Baustelle während der
Herstellung der Wände
Da die Wandöffnungen für Türen und Fenster hinsichtlich
der Geometrie als unregelmäßige Vierecke ausgebildet
wurden und diese innerhalb des Gebäudes z.T. zahlreich
vorhanden sind, wurden zur Sicherstellung der Lastabtragung formentsprechende Stahlbetonrahmen in die Mauerwerksinnenwände integriert (Bild 5). Diese stellen auch
gleichzeitig einen ausreichend tragfähigen Verankerungsgrund für die teilweise sehr großen und absturzsichernden
Verglasungen sicher.
Bild 5
Mauerwerksinnenwände mit integrierten Stahlbetonrahmen für die unregelmäßigen Fenster- und
Türöffnungen
Der überwiegende Teil des Gebäudes ist eingeschossig,
örtlich wurden Stahlbeton-Zwischendecken angeordnet. Die
Stabilisierung der Mauerwerkswände erfolgt entweder durch
die Zwischendecken oder durch Ringanker, welche in Höhe
der Zwischendecken eingebunden sind.
Den Dachabschluss der beiden massiven Gebäudeteile
bildet jeweils eine 25 cm dicke Stahlbetonplatte mit umlaufender, monolithisch angeschlossener Attika. In den Besuchereingangs- und Übergangsbereichen des Gebäudes
übernimmt die Attika die Funktion von Oberzügen. Die beiden Deckenplatten sind entsprechend der Satteldachform
gegenläufig um 5° zur Horizontalebene geneigt angeordnet.
Innerhalb der Deckenplatten wurden kreisrunde Aussparungen mit Durchmessern von 1,5 m und 2,0 m vorgesehen,
über denen sich nun kuppelartig geformte Dachfenster wölben. Die Restflächen der Stahlbetondecken sind extensiv
begrünt.
Die Auflagerung der Dachdeckenplatten erfolgt auf oberhalb
der Mauerwerksaußenwände angeordneten Ringbalken, auf
den Mauerwerksinnenwänden, auf Stahlbetonrahmen binnen hochbelasteter Innenwandbereiche sowie auf Stahlbetonstützen mit Kreisquerschnitt (Bilder 6 und 11). Damit bei
den vorhandenen Neigungen der Dachdeckenplatten keine
Abtriebskräfte infolge von vertikalen Dachlasten entstehen,
sind die Auflagerflächen auf den Mauerwerkswänden bzw.
Ringbalken stets horizontal ausgerichtet. Dem entsprechend
erfolgt die Änderung der Wandhöhen durch Abtreppung des
Mauerwerks. Zur Verringerung der Zwangsbeanspruchungen in den Mauerwerkswänden sowie in den Stahlbetondeckenplatten wurden unterhalb der Deckenauflager Trennschichten angeordnet sowie die vertikalen Fugen der
Abtreppungen im Mauerwerk elastisch ausgebildet.
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Bild 6
Im Innenbereich lagern die Stahlbetondecken auf
den Innenwänden und den darin integrierten
Stahlbetonrahmen sowie auf Stahlbetonstützen
auf.
Zwischen den beiden massiven Gebäudeteilen erstreckt
sich der mit Stahl-Glas-Konstruktionen seitlich und oben
geschlossene Gebäudemittelteil. In diesem Teil hat das
Gebäude seine größte Ausdehnung in Ost-West-Richtung.
In Querrichtung dazu beträgt der entlang der krummlinigen
Berandungen variierende lichte Abstand zwischen den benachbarten massiven Gebäudeteilen ca. 8,5 m bis 13,7 m.
Die Stahl-Glas-Fassaden des Gebäudemittelteils sind auf
Streifenfundamenten gegründet, die – zur Vermeidung von
Setzungsunterschieden – an den angrenzenden Bodenplatten der beiden Massivbauten mit Schubdornen angeschlossen sind. Die Stahlkonstruktionen der Fassaden bestehen
aus Hohlprofilstäben mit rechteckigem Querschnitt, die mit
unterschiedlichen Neigungen in den Fassadenebenen angeordnet sind und sich teilweise – ähnlich wie bei einem
grobmaschigen Gitter – untereinander überschneiden (Bilder 2, 7 und 8). Dadurch ergeben sich zwischen den Profilstäben unregelmäßige Flächen. In diesen wurde die Isolierverglasung mit z.T. absturzsichernder Funktion passend
eingesetzt.
Bild 8
Innenansicht des mittleren Gebäudeteils mit Blick
auf die Stahl-Glas-Konstruktionen der östlichen
Fassade und des Daches
Die Abtragung vertikaler Lasten innerhalb der Fassadenebenen erfolgt über die als Stützen wirkenden Hohlprofilstäbe mit annähernd senkrechter Ausrichtung der Stabachsen.
Hinsichtlich der Abtragung der insbesondere durch Wind
hervorgerufenen horizontalen Lasten sind die Fassadenprofile am Kopf durch die Randträger der Stahl-GlasDachkonstruktion horizontal gestützt.
Die Stahlkonstruktion des Daches im Gebäudemittelteil
besteht aus einem Primär- und einem Sekundärtragwerk.
Bei dem primären Stahltragwerk wurden die gestalterischen
Elemente der Fassadenkonstruktionen aufgenommen (Bild
8). Demnach bestehen die Träger des Tragwerks ebenfalls
aus Hohlprofilstäben mit rechteckigem Querschnitt. Diese
sind bezüglich ihrer Längsachsen in der Dachebene unterschiedlich ausgerichtet, so dass sich zwischen den Dachträgern unregelmäßige offene Flächen ergeben. Die Verankerung der Primärstruktur erfolgt über Stahleinbauteile in die
Attiken der Stahlbetondecken. Zur Auflagerung der Überkopfverglasung dient die Sekundärkonstruktion des Dachtragwerkes. Dafür wurden auf dem Primärtragwerk zueinander parallel verlaufende Pfetten aus IPE-Profilen befestigt,
zwischen denen senkrecht dazu Nebenträger aus ½IPEProfilen spannen, so dass ein orthogonales Raster aus
Walzprofilträgern die Linienlagerung der regelmäßigen,
rechteckig berandeten Isolierglaseinheiten sicherstellt (Bild
9).
Wegen der möglichen hohen Temperaturen unterhalb der
Dachfläche ,sind die Hauptträger auf einer Auflagerseite mit
entlang der Stabachsen ausgerichteten Langlöchern versehen. Die Pfetten sind in Längsrichtung ebenfalls verschieblich gelagert.
Das Stahl-Glas-Dach ist zu Wartungs- und Reinigungszwecken betretbar.
Bild 7
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Innenansicht mit der zentralen Besucherplattform
und Blick auf die westliche Stahl-Glas-Fassade
im mittleren Gebäudeteil
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Bild 10
Bild 9
Montage der Dachkonstruktion mit unregelmäßiger Struktur des Primärtragwerkes und der darüber befindlichen orthogonalen Sekundärstruktur
zur Aufnahme der Verglasungselemente
Im mittleren verglasten Gebäudeteil befinden sich im Wesentlichen die Krokodilanlage samt Wasserbecken sowie
Technikräume, über die eine als Besucherbrücke bzw.
-podest dienende Stahlbetondecke spannt. Die Stahlbetonwände des Wasserbeckens und der Technikräume sind auf
einer gesonderten Bodenplatte gegründet. Das Wasserbecken sowie die innerhalb des Gebäudes angeordneten
Pflanzenbecken wurden als wasserundurchlässige Stahlbetonkonstruktionen der Nutzungsklasse B gemäß der WURichtlinie des DAfStb ausgebildet.
Bedingt durch die Besucherführung hat der Fußboden unterschiedliche Niveaus. Die Eingangsebenen sind bereits
um 1,45 m in Bezug zur Geländeoberkante angehoben.
Innerhalb des Gebäudes beträgt der maximale Höhenunterschied etwa 1,0 m. Zur Erreichung der erforderlichen Höhendifferenzen wurden in den massiven Gebäudeteilen die
betreffenden Bereiche aufgeschüttet und im verglasten
Mittelteil Stahlbetondecken über den Technikräumen angeordnet. Die Aufschüttungen wurden z.T. durch Zugabe von
hydraulischen Bindemitteln verfestigt, um den Erddruck auf
die inneren Trennwände zu verringern.
Aus bautechnologischer Sicht war zu beachten, dass einige
der im Gebäude nun vorhandenen Pflanzen und Einbauten,
wie z.B. der Kletterbäume für die Zootiere, aufgrund ihrer
Größe vor der Errichtung der Dachdecken bzw. des StahlGlas-Daches aufgestellt werden mussten (Bild 10).
Innenansicht eines Geheges im Rohbauzustand
des massiven Gebäudes mit bereits eingebrachten Kletterbäumen für die Zootiere
Zur Erschließung des „Prof.-Brandes-Hauses“ dienen Besucherstege sowie eine aufgeständerte Besucherterrasse mit
einer Grundfläche von ca. 28 m². Diese wurden als Holzkonstruktionen errichtet. Zur Befestigung der Holzstützen
der Stege sowie der Terrasse auf den Fundamenten wurden
geschweißte Stützenschuhe aus Stahlrohrprofilen, Stahlblechen und Anschlussbewehrung verwendet.
3
Besonderheiten
Die konstruktive Durchbildung des „Prof.-Brandes-Hauses“
erfolgte durch Zusammenfügen von Bauteilen, welche sowohl in traditioneller als auch in moderner Bauweise hergestellt wurden. Hinsichtlich der Tragfähigkeit und insbesondere der Gebrauchstauglichkeit war es erforderlich, vor allem
die Übergangsbereiche bzw. Schnittstellen zwischen den
betreffenden Bauteilen in geeigneter Weise dauerhaft wirksam auszubilden.
3.1
Mauerwerkswände und Stahlbetondachdecken
Wie im Abschnitt 2 dargelegt, bilden bei den beiden massiven Gebäudeteilen flach geneigte Stahlbetondachplatten
den oberen Abschluss. Diese lagern größtenteils auf Mauerwerkswänden mit hinsichtlich der Höhe veränderlicher
Oberkante auf. Bereichsweise wurden die Wände – bezogen auf den Grundriss – mit gekrümmter Mittelfläche ausgebildet. Zudem weisen vor allem die Innenwände große
Tür- und Fensteröffnungen auf.
Zur Reduzierung der Beanspruchungen in der Tragkonstruktion infolge von horizontalen Lasten, zur Verringerung
der Zwangsbeanspruchungen in den Mauerwerkswänden
sowie in den Stahlbetondeckenplatten und zur Gewährleistung der ausreichenden Stabilität des Gebäudes wurden
folgende konstruktive Durchbildungen vorgenommen:
Die Flächen zur Auflagerung der Dachdecken sind stets
horizontal ausgerichtet, so dass keine Abtriebskräfte infolge
der Dachlasten entstehen. Dem entsprechend wurde die
Änderung der Wandhöhen durch Abtreppung des Mauerwerks realisiert.
Auf den Außenwänden wurden bewehrte, im Regelfall 25
cm hohe Ringbalken betoniert. Die Oberkanten der Ringbalken verlaufen – wie bei dem abgetreppten Mauerwerk –
horizontal. Auf den Ringbalken wurde eine Lage PE-Folie
als Trennschicht angeordnet. Diese soll Zwängungskräfte
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infolge des Schwindens sowie von Temperaturdehnungen
der Dachkonstruktion teilweise abbauen, aber auch die
ausreichende Lagesicherheit der Dachkonstruktion bzgl.
horizontaler Kräfte bzw. das obere horizontale Auflager der
Mauerwerkswände gewährleisten. Der jeweilige Höhenausgleich zwischen der Oberkante des Ringbalkens und der
Oberkante der Deckenplatte erfolgt mittels eines entsprechend dem Verlauf des Ringbalkens abgestuften, monolithisch mit der Deckenplatte verbundenen, bewehrten Randbalkens (Lisene). In den vertikalen Fugen der Abtreppungen
zwischen Mauerwerkswänden und Ringbalken sowie zwischen Ringbalken und Randbalken wurde ein geeignetes
elastisches Material unter Berücksichtigung der Anforderungen hinsichtlich des Brandschutzes angeordnet.
Das Betonieren der Dachdecken erfolgte im September
2009. Zur Aufnahme der Abtriebskräfte aus der Dachneigung während des Betonierens wurde die Schalung mit
Schrägstützen gegen den bereits fertiggestellten monolithischen Mittelteil abgestrebt.
Auf den Mauerwerksinnenwänden wurde eine Lage Bitumendachpappe als Trennschicht angeordnet, die – wie bei
den Außenwänden – einerseits Zwängungskräfte reduzieren, andererseits die ausreichende horizontale Auflagerung
der Mauerwerkswände gewährleisten soll. Auch hier wurden
bzgl. des Höhenausgleichs Balkenverstärkungen (Lisenen)
in den Dachdeckenplatten vorgesehen.
3.2
Im Hinblick auf die Ableitung der Vertikalkräfte aus dem
Dach in den Baugrund sowie die Stabilisierung des Gebäudes wurde in den Bereichen der ohnehin von der Rechteckform abweichenden großen Wandöffnungen Stahlbetonrahmen ausgebildet (Bild 11).
Die Hohlprofilstäbe der Primärstruktur sind an Stahleinbauteilen in den Attiken der beiden massiven Gebäudeteile mit
Schraubenanschlüssen befestigt. Dabei erfolgte die Verschraubung zwischen den Stegen der Hohlprofilstäbe und
Fahnenblechen, die an den Stahleinbauteilen angeschweißt
wurden. Da insbesondere die langen Hauptträger deutliche
Längenänderungen infolge möglicher Temperaturänderungen erfahren, wurden die Auflager der Primärkonstruktion
im Einzelnen so ausgebildet, dass nur unwesentliche
Zwangsbeanspruchungen in der Stahlkonstruktion sowie
Zwängungskräfte an den Trägerauflagern hervorrufen werden.
Bild 11
Innenansicht im südlich gelegenen massiven
Gebäudeteil mit großem Pflanzenbecken während der Bauausführung: Die Dachdecke hat
zahlreiche kreisrunde Öffnungen. Der Wandbereich im Bildhintergrund ist als Stahlbetonrahmen
ausgebildet worden.
Der ursprüngliche Entwurf des Architekten sah die Verwendung eines sogenannten Wärmedämmbetons für die gekrümmten Außenwände vor. Aufgrund des dafür erforderlichen hohen Schalungsaufwandes, der für eine ausreichende Wärmedämmung notwendigen großen Wanddicken und
der hohen Materialkosten entschied sich das Planungsteam
für den Einsatz von Hochlochziegeln. Auf eine Außendämmung sollte bewusst verzichtet werden, da die Außenwand
teilweise als Begrenzung der Außengehege und -volieren
dient und bei der Verwendung eines Wärmedämmverbundsystems mit dessen Zerstörung durch die Tiere gerechnet
werden musste.
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Die zu erwartenden Eigenspannungen aus der Hydratationswärmeentwicklung wurden durch eine sorgfältige Nachbehandlung mittels Nässens des Betons und Abdichtens der
Betonoberflächen mit temporärem Schutzfilm reduziert.
Unmittelbar nach dem Aufbringen der Dampfsperre wurde
die Dämmung aufgebracht und damit ein Aufheizen der
Stahlbetonplatten infolge von Sonneneinstrahlung verhindert.
Stahl-Glas- Überdachung und Stahl-GlasFassaden des Gebäudemittelteils
Gemäß der Baubeschreibung im Abschnitt 2 besteht die
Stahlkonstruktion des Daches aus einer Primär- und einer
Sekundärstruktur. Dabei dient die auf der Primärstruktur
aufgelagerte Sekundärstruktur der Aufnahme der Überkopfverglasung.
Infolge der Neigung des Stahl-Glas-Daches von 5° ergeben
sich Abtriebskräfte in der Dachebene, die etwa 9% der Vertikalkräfte betragen. Diese Abtriebskräfte waren bei der
konstruktiven Durchbildung des Dachtragwerkes zu berücksichtigen. Zur Sicherung der Pfetten gegen Kippen dienen
Knaggen, welche auch die erforderliche Längsverschieblichkeit der Pfetten gewährleisten. Die Befestigung
der Knaggen auf der Primärstruktur erfolgte mittels Schraubenverbindungen. Dazu wurden Gewindebolzen auf den
Hohlprofilen aufgeschweißt. Bzgl. des Ausgleichs von Toleranzen bei der Montage sowie der Berücksichtigung eines
Bewegungsspiels im Hinblick auf mögliche Temperaturdehnungen in Dachquerrichtung wurden in den Knaggen entlang der Abtriebskräfte ausgerichtete Langlöcher angeordnet (Bild 12). Die Weiterleitung der Abtriebskräfte musste
daher über die Längspfetten der Sekundärstruktur mittels
Aktivierung von Reibungskräften unter den auf der Primärstruktur aufgeschraubten Knaggen erfolgen. Diesbezüglich
wurden die auf den Hohlprofilstäben aufgeschweißten Gewindebolzen planmäßig vorgespannt.
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Bei der Planung derartiger Gebäude muss hinsichtlich der
gestellten Anforderungen durch eine gezielte und durchdachte Kombination von unterschiedlichen Baustoffen und
Bauarten ein optimales Gesamtergebnis gefunden werden.
Das bedingt eine ganzheitliche Planung mit einer frühzeitigen Zusammenarbeit zwischen Architekt und Tragwerksplaner unter Einbeziehung des Prüfingenieurs, die zukünftig
an Bedeutung gewinnen wird.
Bild 12
Detail der Befestigung der Sekundärstruktur auf
dem Primärtragwerk mit Knaggen
Die Ableitung der Horizontalkräfte aus den Stahl-GlasFassaden, die vor allem aus den Windlasten resultieren,
erfolgt in Höhe des Daches über die Randträger der Primärstruktur in die Massivbauteile. Diesbezüglich wurden entsprechende Stahlkonsolen zur Auflagerung angeordnet.
Gleichfalls dienen die Randträger zur Aufnahme von Vertikallasten des Daches, die dann über die senkrechten Stützen der Stahl-Glas-Fassaden und schließlich über die Streifenfundamente in den Baugrund abgeleitet werden. Bei den
erforderlichen Kopplungen zwischen den Fassadenkonstruktionen und den Dachrandträgern war die Interaktion
von Dach und Fassade unter Berücksichtigung von Herstellungs- und Montagetolleranzen, Temperaturbeanspruchungen sowie Fundamentsetzungen zu beachten. Die Übertragung der Horizontalkräfte erfolgt über Schubknaggen, die
auf den senkrecht angeordneten Stützen der Fassaden, auf
den oberen Fassadenriegeln sowie auf den Dachrandträgern aufgeschweißt wurden.
Bei der Tragwerksplanung solcher Bauwerke sind in zunehmendem Maße neben den grundlegenden Anforderungen an die Standsicherheit, Tragwirkung und Redundanz
der Bauwerksteile (Grenzzustände der Tragfähigkeit) auch
die konstruktiven Randbedingungen bezüglich des Zusammenwirkens und der gegenseitigen Beeinflussung von unterschiedlichen Baustoffen und Konstruktionsarten zu beachten. Durch den Tragwerksplaner muss deshalb eine
systematische Durchbildung der Konstruktionen – insbesondere in den Übergangsbereichen zwischen den unterschiedlichen Baustoffen und Bauarten – mit dem Ziel erfolgen, unerwünschte Interaktionen an den Berührungsstellen
der verschiedenartigen Konstruktionselemente zu vermeiden. Diesbezüglich ist auch das Vier-Augen-Prinzip der
unabhängigen bautechnischen Prüfung von grundlegender
Bedeutung.
Eine durchdachte konstruktive Durchbildung der Übergangsbereiche und ihre durchgängige Umsetzung haben
bei der Kombination von unterschiedlichen Baustoffen und
Konstruktionsarten einen wesentlichen Einfluss auf die
Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit des Gebäudes
(Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit). Die hierfür
notwendige ingenieurmäßige Herangehensweise wurde in
diesem Aufsatz anhand der Konstruktion des „Prof.Brandes-Hauses“ erläutert.
Am Bau Beteiligte:
Wie im Abschnitt 2 erläutert, besteht die liniengelagerte
Verglasung der Stahl-Glas-Fassaden entsprechend der
unregelmäßigen Struktur der Stahlkonstruktion aus polygonal berandeten Isolierglaseinheiten. Die Isoliergläser in den
unteren Fassadenbereichen übernehmen die absturzsichernde Funktion. Aufgrund der von der Rechteckform stark
abweichenden Geometrie der Isoliergläser erfolgte die Bemessung der Glasscheiben unter Berücksichtigung der vom
Tragwerksplaner ermittelten rechnerischen Verformungen
der Stahlkonstruktion durch das Büro GSK mit einem speziellen Programm auf der Grundlage nichtlinearer Berechnungsmodelle. Darüber hinaus wurde hinsichtlich der
Gebrauchstauglichkeit der Verglasung ein Klotzungskonzept
zur Lagesicherung sowie zur Sicherstellung der zwängungsfreien Lagerung der Isolierglaseinheiten aufgestellt, dass
dann in der Ausführung umgesetzt wurde.
Bauherr:
4
Glasstatik:
Resümee
Mit dem „Prof.-Brandes-Haus“ wurde im Dresdner Zoo ein
modernes Gebäude errichtet, das hohen gestalterischen
und funktionellen Ansprüchen gerecht wird. Mit einer attraktiven Architektur unter Verwendung unterschiedlicher Baustoffe und Konstruktionsarten steht das Gebäude für seine
Besucher im Einklang mit einem naturnahen und intensiven
Erlebnis der dort gehaltenen Zootiere. Durch die Kombination der unterschiedlichen Bauarten werden gleichermaßen
Anforderungen erfüllt, die aus grundlegenden Ansprüchen
an zeitgemäße Bauwerke einerseits und der speziellen
Nutzung als Zoogebäude andererseits resultieren.
Zoo Dresden GmbH, vertreten durch den Geschäftsführer
Herrn Karl-Heinz Ukena
Architekt:
Dipl.-Ing. Frank Kirsten, MKK Architekten, Schwerin
Tragwerksplaner:
Dipl.-Ing. Thomas Krüger, HJW + Partner Bausachverständige + Ingenieure Leipzig
Prüfingenieur für Standsicherheit:
Dipl.-Ing. Stefan Kraus unter Mitarbeit von Dr.-Ing. Sven
Liedert, Ingenieurbüro für Bautechnik Kraus + Liedert, Dresden
Dipl.-Ing. (FH) S. Rücker, GSK – Glas Statik Konstruktion
GmbH, Dresden
Ausführungsbetriebe:
Massivbau:
Karl Köhler Bauunternehmung GmbH & Co. KG, Heidenau
Glas-Stahl-Konstruktionen (Ausführung und Werkstattplanung):
MBM Metallbau Dresden GmbH, Dresden
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